TP 2 - MESURE DE LA VITESSE DE ROTATION D UN MOTEUR

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1 IUT BELFORT MONTBELIARD Dpt MESURES PHYSIQUES TP EEA 2 ème ANNEE TP 2 - MESURE DE LA VITESSE DE ROTATION D UN MOTEUR LES ETUDIANTS N AYANT PAS REALISE LA PREPARATION NE SERONT PAS ADMIS EN TP I LE MOTEUR Le moteur est alimenté par une tension continue réglable entre 0 et 10 V. Le moteur est muni d un réducteur de vitesse (engrenage). L axe de rotation après réduction de vitesse est muni d une roue dentée comportant k = 12 secteurs transparents. 1 / Préparation : La vitesse de rotation du moteur est notée Ω en rad/s, et N en tours/s. Quelle est la relation entre N et Ω? 2 / Manipulation : Alimenter le moteur et vérifier que la vitesse de rotation varie en fonction de la tension d alimentation. Justifier physiquement ce phénomène. Noter la tension U d pour laquelle le moteur démarre. II OPTOCOUPLEUR + 5 V + 5 V Un optocoupleur à fourche est placé sur le passage de la roue dentée. v(t)

2 1 / Préparation Secteur opaque entre led et phototransistor : Quel est l état du phototransistor? Quelle est la tension v? Secteur transparent entre led et phototransistor : Quel est l état du phototransistor? Quelle est la tension v? 2 / Manipulation a) Amener manuellement un secteur opaque entre la led et le phototransistor. Vérifier l état du phototransistor en visualisant v à l oscilloscope et en mesurant v au voltmètre. b) Amener manuellement un secteur transparent entre la led et le phototransistor. Vérifier l état du phototransistor en visualisant v à l oscilloscope et en mesurant v au voltmètre. c) Alimenter le moteur à l aide d une tension de commande u = 5 V. Relever le chronogramme de v(t), mesurer sa période T et en déduire sa fréquence f. Donner la relation entre la fréquence mesurée et la vitesse de rotation N en tours/s? d) Mesurer T max et T min observables en fonction de la tension d alimentation du moteur et noter la tension d alimentation du moteur correspondante. III CONVERSION FREQUENCE-TENSION 1 / Monostable a) Définition : Un monostable est un circuit qui déclenche une impulsion de durée t w fixe prédéfinie sur le front montant (ou descendant) du signal d entrée. e Monostable s t w b) Circuit utilisé Le monostable est réalisé à partir d un circuit intégré timer NE555 (voir annexe ou voir et télécharger la fiche technique pdf du NE555)

3 c) Manipulation On choisit de réaliser une impulsion de durée t w = 0,9 T min. Justifier ce choix. Déterminer les composants qui conviennent. Câbler le montage et vérifier son bon fonctionnement, mesurer t w. GBF Rect 0-5V T = Tmin Résistance de quelques Ohms pour s(t) t w Remplacer le GBF par le signal v(t) provenant de l optocoupleur. Relever les chronogrammes de v(t), s(t) en concordance de temps pour une tension d alimentation du moteur de U = Ud, U = 5V et U = 10 V. Mesurer dans chacun des cas la valeur moyenne S moy de s(t) (voltmètre à aiguille en DC). 2 / Moyenneur a) Dessiner l allure du spectre de s(t) pour U = 5 V. b) Quel circuit permet de conserver seulement la raie à la fréquence nulle dans ce spectre? c) Câbler ce circuit et vérifier son bon fonctionnement. (remarquer le compromis à réaliser entre temps de réponse de la chaîne de mesure et efficacité du moyenneur). Remarque : l ensemble monostable + moyenneur constitue un convertisseur fréquence-tension. IV CARACTERISTIQUES DE LA CHAINE DE MESURE 1 / Tracer la caractéristique Smoy(f) du convertisseur fréquence tension. 2 / Tracer la caractéristique N(Smoy) de la chaîne de mesure. (Cf II 2 / c) pour l étalonnage). 3 / Tracer la caractéristique N(U) du moteur.

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5 IUT BELFORT MONTBELIARD Dpt MESURES PHYSIQUES TP EEA 2 ème ANNEE Prendre connaissance du sujet avant la séance HACHEUR SERIE - TP1 I GENERATEUR D IMPULSIONS Réglage amplitude Imp 0 2 V (bouton sorti) Imp 2 5 V (bouton enfoncé) Rap cycl 0 à 1 (bouton sorti) Rap cycl 1 à 0 (bouton enfoncé) Impulsion positive LED mauvais réglage Réglage fréquence Réglage durée impulsion Impulsion négative Procédure de réglage de la fréquence et de la durée (largeur) de l impulsion : a) Mettre le bouton width (largeur) sur la position (rap cycl 0,5) b) Régler la fréquence (bouton fréquency) en mesurant la période à l oscilloscope) c) Tourner le bouton width sur la droite (gamme 0,2 µs) puis augmenter la durée pour l amener à la valeur voulue. Attention : Quand la led clignote, la durée de l impulsion > période!! => mauvais réglage Régler le générateur d impulsion pour qu il délivre le signal suivant : - Etat haut 5 V - Etat bas 0 V - Fréquence 2 khz - Rapport cyclique α = 1/3 Définition : Rapport Cyclique = durée état haut / période (Sans dimension)

6 II RAPPEL : TRANSISTOR EN COMMUTATION Vcc = 5 V Fréq 2 khz Rapport cyclique 1/3 u D V Transistor : BUZ71A MOSFET Canal n Ampoule 6 V, 3W ou 6W alimentée en 5 V Générateur d impulsions e Rg G S v DS Résistance Rg = 330 Ω Voltmètre en DC 1 / Chronogrammes Pour un rapport cyclique α = 1/3, relever les chronogrammes de e(t), v DS (t) en concordance de temps sur papier mm. Relever également u(t) : Pour cela il faut isoler la masse de l oscilloscope de la terre et observer v DS et u. 2 / Influence du rapport cyclique DC. Mesurer la valeur moyenne de u(t) à l oscilloscope ou en utilisant un voltmètre en Tracer la courbe U moy en fonction de α. II MODULATION DE LARGEUR D IMPULSION GBF triangle 0-10V 2 khz r(t) E = 3,33 V s(t) 1 / Chronogrammes Relever les chronogrammes de r(t) et E sur un même graphique et s(t) en concordance de temps. Observer l influence de E sur le rapport cyclique α de s(t). Quelle est la relation entre α et E. 2 / Hacheur L ensemble MLI + transistor en commutation constitue un hacheur série. Relier les deux montages précédemment réalisés et observer l influence de E sur la tension aux bornes de l ampoule.

7 III HACHEUR SUR CHARGE INDUCTIVE Vcc = 12 V u Ri u L GBF triangle 0-10V 2 khz r(t) E = 3,33 V e(t) Rg D S v DS L ampoule est remplacée par une résistance R en série avec une bobine L. Le rapport cyclique est réglé par l intermédiaire de E à une valeur de 1/3. Relever les chronogrammes de e, Ri, u L, u et v DS en concordance de temps. Expliquer l apparition de pics sur u L et v DS. IV HACHEUR SERIE SUR CHARGE R, L, E Réglage de vitesse d un moteur à courant continu Petite résistance R permettant de visualiser une tension Ri ayant même forme d onde que i. Attention à la masse de l oscilloscope GBF triangle 0-10V 2 khz r(t) E = 3,33 V e(t) Rg Vcc = 12 V Ri M u D S v DS La charge R, L est remplacée par un moteur à courant continu 12 V. Le rapport cyclique est réglé par l intermédiaire de E à une valeur de 1/3. Relever les chronogrammes de e, u, v DS et Ri en concordance de temps. En faisant varier E, faire varier le rapport cyclique et tracer la courbe Umoy(α) et Umoy(E).

8 IUT BELFORT MONTBELIARD Dpt MESURES PHYSIQUES TP EEA 2 ème ANNEE Prendre connaissance du sujet avant la séance TP 4 - SUIVI DE PISTE!"!# $$% $&!'!( )*+# $ ' $$,#'! $# +) ) '!!''! -' $" "'!$, + "#!.'!#!'!#! /$0 # #!+! 12 GBF L 1 C = 1 µf e g (t) 30 cm 100Ω L 2 C 2 e d (t) ) "#!. +! "!!" #$ Ω "'!3 4 5 $" %! /$$& ' $, 0 2$+!".#!"1 (!!& $# #$11 ) ) -%!$ ' -& $$) 6!$ ' 1!&" 1 #!+!".#$!"#$#!# ) 7"!3 4 5 '!. "-# +!".#$!"# #! '!.+!".#$!"#$#!# ) 8 7%! 0 2 $ 0 21!.9 6 $$,11 $'!.& $$+ $! e d (t) Ampli réglable u d (t) Détecteur de crête 7"!& ' + # '!%!'! $ '$%! $- :1!" $" #!$#!8 ;!%!$ $!.9 6 $11 $'!.& $$&$+ V d

9 7%!#!! $0 2=0 2 ##!$#$ '!. 11 $' +12V 1 kω R Consigne C de vitesse de déplacement -12V R kr Pour un sens de circulation donné, on pourra remplacer ce dispositif par une alim réglable 0-10V Vg V d R kr Sd $ $,!"1! )# $% $$"'#!"1!,'!!> $ +# $= $ $# '!# ' '!.> $ :1!$ ' + %"! +!1+# ) > $! -# $!% $! $!$!$! '! # '$#!"! )+!".#$$"#'!$AB C%! D '!! '""!!$!!!#$3 4 5 D!#" $'! # '$$ ' + $!#" "#!.# ' :1!$ ' + 9$' -%!$ ' "! +!+# $$ ' +' $9 6 $11! ' <

10 IUT BELFORT MONTBELIARD Dpt MESURES PHYSIQUES TP EEA 2 ème ANNEE Prendre connaissance du sujet avant la séance TP 3 - Première partie : SUIVI DE PISTE!"!# $$% $&!'!( )*+# $ ' $&#'!*7 -!"+, ='!!''! -'!#"!!+$ 1# Capteur IR HOA0149 Vm )#'!*7$ 8!#$ "$+E % F 470 Ω +5V +5V 10 kω 10 kω Vm ) #$ "-& $$ R1 # #! Eref (!!.F? 7 2G!+7 7 Vm Piste noire Mesurer Vm sur fond noir et sur fond blanc #!!+ 7 '!.? '!+$!? '!+$1# R2 - + s

11 ) 0 2! -# $!% $! $&!'! # '$ #!"! )+!".#$$"#'!$AB C%! D '!! '""!!$!!!3 4 5 D!#" $'! # '$$ ' + D!#" "#!.# ' :1!$ ' + 9$' -%!$ ' "! +!+# $$ ' +' $#'!!' +1!.!!!0AB C2"#!'!( )*! # 1 $ ' 1! '!" $ '"!! #!%!$!+=7. #%! ""!" "! +!.# ' 8!1 "3 4 5 $'! H Deuxième partie : I' #'!' 8! "'!!!! %. 0 $ 2 *! '! $ #J! +!".#, $ '% 8!! $"+! &' #'!;

12 !"!#$%&' (%$"&%#' )*'#+#," -./0 rectangle 0V, +5V e(t) 470 Ω v CE (t) 7%! B C=AB C AB C +!".#$B C=!! 0.$% $"#!J $ ## -= ## 2 (!! ++ 0.$% #!J $-=< ## 2-8 +!".# $"$!+!".#, $& $&' #'!F V +5V 470 Ω 10 kω + + v CE (t) e(t) s(t) 0 2 /$$& ' $.&1+!".#=0 2 '$!$ 7 %! #!1 $!"' +!".# $ &' #'! 3? 0>,, 2+# $+!''!K #!!1$' $&' #'! +5V 10 kω s(t)

13 IUT BELFORT MONTBELIARD Dpt MESURES PHYSIQUES TP EEA 2 ème ANNEE TP 5 PRINCIPE D UN CAN )'! # '$#%!!. "!.- '! '. % F Générateur de rampe : T = 100 ms 0 - V max Tension à convertir (entre 0 et Vmax) Horloge 0-5V 1 khz Interface TTL & delay Compteur Décodeur 7 segments raz 2 (!L %!9 6 $# ' $&++ # 3.'%!4 #!!#+!#4 )"&!#!%"(4 ) "' (!L %!9 6 )""!!$! ' $&!! $3 4 5,'.!'! # '$ +# = 7 %!#!! 5 :1!& 1$9 6 "! +!+# 5!!$ '"!!-& $$)(

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